Расследование 1. Карточка учителя

0. Подготовка (это первый урок года — от него зависит всё)

Донорская техника. Объявление классу/родителям за неделю: «приносим нерабочую мелкую электронику — мышки, наушники, пульты, зарядки, старые телефоны». Собери запас сам, чтобы хватило тем, кто не принёс — иначе половина класса останется без практики и уйдёт на перемену.

Провода для крючка: нужны два одинаковой длины — дешёвый (лучше найти именно CCA, они в любом ларьке) и толстый медный. Если дорогого нет, сравни тонкий и толстый — эффект тот же.

На пару: батарейный отсек, резистор 330 Ом, светодиод, два провода-щупа, макетка, мультиметр (один на 2–3 пары), отвёртки (крестовая мелкая, плоская), лист бумаги для раскладки деталей.

Проверить лично до урока: что твой пробник горит на медном гвозде и не горит на стекле. Батарейки свежие — на подсевших эффект смазывается.

1. Банк вопросов «спроси класс»

В1. Телефон делают из песка. Как из одного вещества получают и провод, и изолятор?

• Правильно: песок — кремний, полупроводник; примесями его проводимость меняют от «почти изолятор» до «проводит».
• Ошибка: «песок вообще не проводит, это выдумка».
• Толчок: «А если в чистый кремний подмешать чуть-чуть чужого атома — характер изменится?»

В2. Какой электрон проще всего оторвать и почему?

• Правильно: валентный, на внешней оболочке — дальше от ядра, притяжение слабее.
• Ошибка: «ближний к ядру, он же меньше».
• Толчок: «Кого легче сдвинуть — того, кого держат за руку, или того, кто на краю толпы?»

В3. Медь проводит, стекло — нет. Оба из атомов. В чём разница?

• Правильно: у меди много свободных электронов (один слабый валентный на атом), у стекла их почти нет.
• Ошибка: «медь металлическая, поэтому проводит» — ярлык вместо причины.
• Толчок: «Дело не в слове “металл”, а в том, сколько электронов могут свободно бегать.»

В4. Тело человека — проводник или изолятор?

• Правильно: слабый проводник, особенно влажная кожа — поэтому и бьёт током.
• Ошибка: «изолятор, мы же не лампочки».
• Толчок: «Почему тогда предупреждают “не трогай мокрыми руками”?»

В5. Зачем в кабеле сразу и медь, и пластик?

• Правильно: медь ведёт ток, пластик держит его в русле и защищает нас.
• Ошибка: «пластик для красоты и прочности».
• Толчок: «Что будет, если два голых медных провода коснутся друг друга?»

В6. Почему контакты разъёмов золотят, если медь проводит лучше?

• Правильно: золото не окисляется. Медь покрывается плёнкой оксида, и контакт портится; золото — нет.
• Ошибка: «золото проводит лучше всех» — неверно, лучше серебро и медь.
• Толчок: «Что важнее для контакта, который втыкают и вынимают тысячу раз, — идеальная проводимость или то, что он не портится?»

В7. Дорогой провод правда лучше проводит?

• Правильно: проводимость определяется материалом и толщиной, а не ценой. Дорогое бывает лучше по изоляции и гибкости; на звук чистота меди не влияет так, как обещает реклама.
• Ошибка: «конечно, за что тогда деньги».
• Толчок: «Мы сейчас измерим. Что именно будем сравнивать, чтобы сравнение было честным?»

В8. Графит в карандаше проводит?

• Правильно: да, углерод — проводник. Жирная линия проводит, тонкая хуже.
• Ошибка: «карандаш деревянный, значит изолятор» — путают оболочку и грифель.
• Толчок: «Из чего сам стержень, а из чего оболочка?»

2. Вопросы с подвохом

«Если в металле бегают электроны “−”, почему ток идёт от плюса к минусу?» Это историческая договорённость (условное направление тока). Реальные электроны текут от «−» к «+», но приняли считать наоборот. На расчёты не влияет — важна последовательность. Разберём подробно в теме про ток.

«Золото проводит хуже меди?» Да, серебро и медь лучше. Золото берут за стойкость к окислению, а не за проводимость. «Дорогое = самое проводящее» — миф.

«Вода проводит ток?» Чистая (дистиллированная) — почти нет. Проводят растворённые соли. Водопроводная и морская проводят хорошо. Это прямой мостик к расследованию 2 — не раскрывай полностью, оставь интригу.

«А воздух изолятор? Тогда откуда молния?» Обычно изолятор. При огромном напряжении наступает пробой: воздух ионизируется и на миг проводит. На 5 В в классе этого не будет.

«Сколько свободных электронов в меди?» Порядка одного на атом, около $10^{23}$ на кубический сантиметр. Точное число не нужно — важно, что их очень много.

«Почему нельзя просто замкнуть батарейку проводом?» Ток ограничен только сопротивлением провода, а оно мало → ток огромный → батарейка греется, может потечь или вздуться. Отсюда и правило про резистор.

3. Частые ошибки учеников (и фраза, которая их снимает)

• «Металл проводит, потому что он металл» (ярлык вместо причины). → «Причина не в слове “металл”, а в свободных электронах — назови их, тогда ответ полный.»

• «Полупроводник — это что-то сломанное, между проводником и изолятором». → «Наоборот, это самый умный материал: его проводимость включают и выключают. Из него весь телефон.»

• «Карандаш деревянный → изолятор». → «Проверь пробником сам грифель, а не оболочку.»

• «Тело ток не пропускает, бьёт только от голых проводов». → «Влажная кожа проводит. Правило про мокрые руки — не запугивание, а физика.»

• Светодиод не горит, потому что вставлен наоборот. → Самая частая техническая проблема первого урока. Правило вслух заранее: «длинная ножка — плюс». Если не горит — первым делом переверни.

4. Тайминг (45 минут)

5. Организация разборки (самая рискованная часть урока)

Правила, проговариваются до раздачи отвёрток:

1. Разбираем только то, что выдал учитель.
2. Батарейки и аккумуляторы вынимает учитель, не ученик.
3. Всё снятое кладём на лист бумаги, а не в карман. В конце — сдаём.
4. Не ломаем силой: если не откручивается, зови учителя.
5. Порезался — сразу говоришь, не «само пройдёт».

Что делать с разобранным. Лучшие компоненты (светодиоды, кнопки, моторчики, динамики) — в общий ящик кабинета «донорские детали»: они пойдут на следующие расследования. Это и экономия, и наглядный смысл: «то, что выбросили, стало деталями для наших приборов».

6. Что делать, если пошло не так

Светодиод не горит ни у кого. Проверь батарейки (самое частое) и полярность. Держи запасной собранный пробник как эталон — с ним сравнивают.

Никто не принёс технику. Работай на своём запасе + разбирайте один экземпляр демонстративно у доски, а класс делает сборку A и проверяет предметы из карманов: ключи, монеты, телефон в чехле, фольга от шоколадки.

Класс не включается. Переверни порядок: сначала дай собрать и увидеть свечение (сборка A), теорию — после. Для класса-на-перемене руки раньше слов работают лучше.

Дорогой провод оказался хуже дешёвого. Отличный результат! Значит, попался CCA или разница в толщине перевесила. Разбери вслух — это ровно то, ради чего затевалось расследование.

7. Междисциплинарные выходы